EJERCICIOS PAU FÍSICA ANDALUCÍA Autor: Fernando J. Nora Costa-Ribeiro Más ejercicios y soluciones en fisicaymat.wordpress.com

Transcripción

1 GRAVITACIÓN 1- a) Describa las características de la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales. b) Razone en qué punto, situado entre dos masas puntuales m 1 y m 2 (m 1 =m 2 ), sería nula la fuerza sobre una tercera masa puntual m 3 y cuál sería la energía potencial de esta última masa en esa posición. Andalucía 2013 Opción A Examen 1 2- Dos masas puntuales de 20 kg y 30 kg se encuentran separadas una distancia de 1 m. a) Determine el campo gravitatorio en el punto medio del segmento que las une. b) Calcule el trabajo necesario para desplazar una masa de 2 kg desde el punto medio del segmento que las une hasta un punto situado a 1 m de ambas masas. Comente el signo de este trabajo. G6,67 10 Nm kg Andalucía 2013 Opción A Examen 2 3- a) Explique qué es el peso de un objeto. b) Razone qué relación existe entre el peso de un satélite que se encuentra en una órbita de radio r en torno a la Tierra y el que tendría en la superficie terrestre. Andalucía 2013 Opción A Examen 3 4- El planeta Júpiter tiene varios satélites. El más próximo es Io, que gira en una órbita de radio km con un periodo de 1, s, y el siguiente satélite es Europa, que gira a km del centro de Júpiter. a) Calcule la masa de Júpiter y el periodo de rotación de Europa explicando el razonamiento seguido para ello. b) Determine la velocidad de escape de Júpiter. G=6, Nm 2 kg -2 ; R J =71500 km Andalucía 2013 Opción B Examen 3 5- Un satélite artificial de 1200 kg se eleva a una distancia de 500 km de la superficie de la Tierra y se le da un impulso mediante cohetes propulsores para que describa una órbita circular alrededor de la Tierra. a) Determine la velocidad orbital y el periodo de revolución del satélite. b) Calcule el trabajo realizado para llevarlo desde la superficie de la Tierra hasta esa altura y la energía mecánica del satélite en órbita. Comente el signo de ambos resultados. RT = 6370 km ; g = 9,8 m s -2 Andalucía 2013 Opción A Examen 4 16

2 6- a) Escriba la ley de gravitación universal y explique las características de la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales. b) Razone por qué la energía potencial gravitatoria de un cuerpo aumenta cuando se aleja de la Tierra. Andalucía 2013 Opción B Examen 4 7- a) Enuncie las leyes de Kepler. b) La Tierra está más cerca del Sol en el invierno boreal (en el hemisferio norte) que en el verano. Tanto enero como julio tienen 31 días. En cuál de esos meses recorre la Tierra mayor distancia en su trayectoria? Justifique la respuesta. Andalucía 2013 Opción A Examen 5 8- Los satélites Meteosat, desarrollados por la Agencia Espacial Europea (ESA), están colocados en una órbita geoestacionaria. a) Determine razonadamente la distancia entre el satélite y la Tierra. b) Si la masa del satélite es 2000 kg, determine su energía mecánica en la órbita. Razone si hay que aportar energía para mantenerlo en órbita. Andalucía 2013 Opción B Examen 5 9- a) Explique qué es la velocidad orbital y deduzca su expresión para un satélite que describa una órbita circular en torno a la Tierra. b) Dos satélites A y B de distintas masas (m A >m B ) describen órbitas circulares de idéntico radio alrededor de la Tierra. Razone la relación que guardan sus respectivas velocidades y sus energías potenciales. Andalucía 2013 Opción B Examen a) Explique las características de la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales. b) Qué trabajo realiza la fuerza que actúa sobre una de las dos masas puntuales al describir media órbita circular de radio R alrededor de la otra? Y si se desplazara desde esa distancia R hasta el infinito? Razone las respuestas. Andalucía 2012 Opción A Examen Se desea lanzar un satélite de 500 kg desde la superficie terrestre para que describa una órbita circular de radio 10R T. a) A qué velocidad debe lanzarse para que alcance dicha altura? Explique los cambios de energía que tienen lugar desde su lanzamiento hasta ese momento. b) Cómo cambiaría la energía mecánica del satélite en órbita si el radio orbital fuera el doble? G6,67 10 Nm kg ; M 6 10 kg; R 6370 km Andalucía 2012 Opción B Examen 1 17

3 12- Un meteorito de 400 kg que se dirige en caída libre hacia la Tierra, tiene una velocidad de 20 ms -1 a una altura h=500km sobre la superficie terrestre. Determine razonadamente: a) El peso del meteorito a dicha altura. b) La velocidad con la que impactará sobre la superficie terrestre despreciando la fricción con la atmósfera. G6,67 10 Nm kg ; M 6 10 kg; R 6370 km Andalucía 2012 Opción A Examen a) Energía potencial gravitatoria de una masa puntual en presencia de otra. b) Deduzca la velocidad de escape de un cuerpo desde la superficie de un planeta esférico de masa M y radio R. Andalucía 2012 Opción B Examen Se lanza un cohete de 600 kg desde el nivel del mar hasta una altura de 1200 km sobre la superficie de la Tierra. Calcule: a) Cuánto ha aumentado la energía potencial gravitatoria del cohete. b) Qué energía adicional habría que suministrar al cohete para que escapara a la acción del campo gravitatorio terrestre desde esa altura. G6,67 10 Nm kg ; M 6 10 kg; R 6370 km Andalucía 2012 Opción B Examen a) Enuncie las leyes de Kepler. b) Razone, a partir de la segunda ley de Kepler y con la ayuda de un esquema, cómo cambia la velocidad de un planeta al describir su órbita elíptica en torno al Sol Andalucía 2012 Opción B Examen a) Explique las características del campo gravitatorio terrestre. b) Dos satélites idénticos están en órbita circular alrededor de la Tierra, siendo r 1 y r 2 los respectivos radios de sus órbitas (r 1 <r 2 ). Cuál de los dos satélites tiene mayor velocidad? Cuál de los dos tiene mayor energía mecánica? Razone las respuestas. Andalucía 2012 Opción A Examen Una pequeña esfera de 25 kg está situada en el punto (0,0) m y otra de 15 kg en el punto (3,0) m. a) Razone en qué punto (o puntos) del plano XY es nulo el campo gravitatorio resultante. b) Calcule el trabajo efectuado al trasladar la esfera de 15 kg hasta el punto (4,0) m y discuta el resultado obtenido. G6,67 10 Nm kg Andalucía 2012 Opción A Examen 6 18

4 18- a) Explique el movimiento de un satélite en órbita circular en torno a la Tierra y deduzca la expresión de la velocidad orbital. b) Indique el significado de velocidad de escape y razone cómo cambia la velocidad de escape de un cuerpo si varía su altura sobre la superficie terrestre de 2R t a 3R T. Andalucía 2012 Opción B Examen a) Relación entre el campo y el potencial gravitatorios. b) Dibuje en un esquema las líneas del campo gravitatorio creado por una masa puntual M. Una masa m, situada en un punto A, se traslada hasta otro punto B, más próximo a M. Razone si aumenta o disminuye su energía potencial. Andalucía 2011 Opción A Examen Un cuerpo de 50 kg se eleva hasta una altura de 500 km sobre la superficie terrestre. a) Calcule el peso del cuerpo en ese punto y compárelo con su peso en la superficie terrestre. b) Analice desde un punto de vista energético la caída del cuerpo desde dicha altura hasta la superficie terrestre y calcule con qué velocidad llegaría al suelo. Andalucía 2011 Opción B Examen Un satélite artificial de 1000 kg describe una órbita geoestacionaria. a) Explique qué significa órbita geoestacionaria y calcule el radio de la órbita indicada. b) Determine el peso del satélite en dicha órbita. G6,67 10 Nm kg ; M 6 10 kg; R 6370 km Andalucía 2011 Opción A Examen a) Escriba la ley de gravitación universal y explique las características de la interacción gravitatoria. b) Según la ley de gravitación, la fuerza que la Tierra ejerce sobre un cuerpo es proporcional a la masa de éste. Razone por qué no caen mayor velocidad los cuerpos con mayor masa. Andalucía 2011 Opción A Examen 3 19

5 23- Un satélite de 200 kg describe una órbita circular alrededor de la Tierra y su energía cinética es de 5, J. a) Deduzca la expresión del radio de la órbita y calcule su valor y el de la energía mecánica del satélite. b) Determine la velocidad de escape del satélite desde su posición orbital. G6,67 10 Nm kg ; M 6 10 kg Andalucía 2011 Opción B Examen a) Energía potencial gravitatoria terrestre. b) Dos satélites idénticos giran alrededor de la Tierra en órbitas circulares de distinto radio. Cuál de los dos se moverá a mayor velocidad? Cuál de los dos tendrá mayor energía mecánica? Razone las respuestas. Andalucía 2011 Opción B Examen a) Velocidad orbital de un satélite. b) Suponga que el radio de la Tierra se redujera a la mitad de su valor manteniéndose de la Tierra alrededor del Sol? Razone la respuesta. Andalucía 2011 Opción A Examen Una pequeña esfera de 25 kg está situada en el punto (0,0) m y otra de 15 kg en el punto (3,0) m. a) Razone en qué punto (o puntos) del plano XY es nulo el campo gravitatorio resultante. b) Calcule el trabajo efectuado al trasladar la esfera de 15 kg hasta el punto (4,0) m y discuta el resultado obtenido. G = 6, Nm 2 kg -2 Andalucía 2011 Opción A Examen a) Explique el movimiento de un satélite en órbita circular en torno a la Tierra y deduzca la expresión de la velocidad orbital. b) Indique el significado de velocidad de escape y razone cómo cambia la velocidad de escape de un cuerpo si varía su altura sobre la superficie terrestre de 2R T a 3R T. Andalucía 2011 Opción B Examen a) Explique qué se entiende por velocidad de escape y deduzca razonadamente su expresión. b) Razone qué energía habría que comunicar a un objeto de masa m, situado a una altura h sobre la superficie de la Tierra, para que se alejara indefinidamente de ella. Andalucía 2011 Opción A Examen 1 20

6 29- La masa de la Tierra es 81 veces la de la Luna y la distancia entre sus centros es 3, km. a) Calcule en qué punto, entre la Tierra y la Luna se encontraría en equilibrio un meteorito de 200 kg. b) Cuál sería la energía potencial del meteorito en ese punto? G = 6, Nm 2 kg -2, M L =7, kg Andalucía 2010 Opción A Examen a) Enuncie las leyes de Kepler. b) Demuestre la tercera ley de Kepler a partir de la ley de gravitación universal de Newton para una órbita circular. Andalucía 2010 Opción B Examen a) Indique las características de la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales. b) Explique en qué punto, entre dos masas puntuales, puede encontrarse en equilibrio una tercera masa puntual y cuál sería su energía potencial. Andalucía 2010 Opción A Examen Un satélite de 200 kg describe una órbita circular alrededor de la Tierra con un periodo de dos horas. a) Calcule razonadamente el radio de su órbita. b) Qué trabajo tendríamos que realizar para llevar el satélite hasta una órbita de radio doble. G=6, Nm 2 kg -2 ; M T = kg Andalucía 2010 Opción B Examen Un satélite de kg gira alrededor de la Tierra en una órbita circular de km de radio. a) Determine razonadamente su velocidad orbital. b) Suponiendo que la velocidad del satélite se anulara repentinamente y empezara a caer sobre la Tierra, con qué velocidad llegaría a la superficie terrestre? Considere despreciable el rozamiento con el aire. Andalucía 2010 Opción A Examen a) Explique qué se entiende por velocidad orbital y deduzca su expresión para un satélite que describe una órbita circular alrededor de la Tierra. b) Razone cómo variaría la energía mecánica del satélite si se duplicara su masa. Andalucía 2010 Opción A Examen 5 21

7 35- Dos masas puntuales m = 10 kg y m = 5 kg están situadas en los puntos (0,3) m y (4,0) m, respectivamente. a) Dibuje el campo gravitatorio producido por cada una de las masas en el punto A(0,0) m y en el punto B(4,3) m y calcule el campo gravitatorio total en ambos puntos. b) Determine el trabajo necesario para desplazar una partícula de 0,5 kg desde el punto B hasta el A. Discuta el signo de este trabajo y razone si su valor depende de la trayectoria seguida. G=6, Nm 2 kg -2 Andalucía 2010 Opción B Examen Dos masas puntuales m 1 = 5 kg y m 2 = 10 kg se encuentran situadas en los puntos (-3,0) m y (3,0) m, respectivamente. a) Determine el punto en el que el campo gravitatorio es cero. b) Compruebe que el trabajo necesario para trasladar una masa m desde el punto A(0,4) m al punto B(0,-4) m es nulo y explique ese resultado. Andalucía 2010 Opción A Examen Desde una altura de 5000 km sobre la superficie terrestre se lanza hacia arriba un cuerpo con una cierta velocidad. a) Explique para qué valores de esa velocidad el cuerpo escapará de la atracción terrestre. b) Si el cuerpo se encontrara en una órbita geoestacionaria, cuál sería su velocidad? G6,67 10 Nm kg ; M 6 10 kg; R 6370 km Andalucía 2009 Opción A Examen Suponga que la órbita de la Tierra alrededor del Sol es circular, de radio 1, m. a) Calcule razonadamente la velocidad de la Tierra y la masa del Sol. b) Si el radio orbital disminuyera un 20%, cuáles serían el periodo de revolución y la velocidad orbital de la Tierra? G6,67 10 Nm kg Andalucía 2009 Opción A Examen a) Defina velocidad de escape de un planeta y deduzca su expresión. b) Se desea colocar un satélite en una órbita circular a una altura h sobre la Tierra. Deduzca las expresiones de la energía potencial respecto de la superficie de la Tierra. Andalucía 2009 Opción A Examen 3 22

8 40- a) Defina velocidad de escape de la Tierra y deduzca su expresión. b) Explique las variaciones energéticas de un objeto cuando se lanza desde la Tierra y alcanza una altura h sobre ella. Andalucía 2009 Opción A Examen a) Enuncie la ley de gravitación universal y explique algunas diferencias entre las interacciones gravitatoria y eléctrica. b) Razone por qué dos cuerpos de distintas masas caen con la misma aceleración hacia la superficie de la Tierra. Andalucía 2009 Opción A Examen a) Se lanza hacia arriba un objeto desde la superficie terrestre con una velocidad inicial de 10 3 ms -1. Comente los cambios energéticos que tienen lugar durante el ascenso del objeto y calcule la altura máxima que alcanza considerando despreciable el rozamiento. b) Una vez alcanzada dicha altura, qué velocidad se debe imprimir al objeto para que escape del campo gravitatorio terrestre? R T = 6400 km; g = 10 ms -2 Andalucía 2009 Opción B Examen El telescopio espacial Hubble se encuentra orbitando en torno a la Tierra a una altura de 600 km. a) Determine razonadamente su velocidad orbital y el tiempo que tarda en completar una órbita. b) Si la masa del Hubble es de kg, calcule la fuerza con que la Tierra lo atrae y compárela con el peso que tendría en la superficie terrestre. G6,67 10 Nm kg ; M 6 10 kg; R 6400 km Andalucía 2009 Opción A Examen a) Enuncie las Leyes de Kepler. b) El radio orbital de un planeta es N veces mayor que el de la Tierra. Razone cuál es la relación entre sus periodos. Andalucía 2009 Opción B Examen 6 23

9 45- Los satélites meteorológicos son un medio para obtener información sobre el estado del tiempo atmosférico. Uno de estos satélites, de 250 kg, gira alrededor de la Tierra a una altura de 100 km en una órbita circular. a) Calcule la energía mecánica del satélite. b) Si disminuyera el radio de la órbita aumentaría la energía potencial del satélite? Justifique la respuesta. Andalucía 2008 Opción A Examen Un satélite del sistema de posicionamiento GPS, de 1200 kg, se encuentra en una órbita circular de radio 3R T. a) Calcule la variación que ha experimentado el peso del satélite respecto del que tenía en la superficie terrestre. b) Determine la velocidad orbital del satélite y razone si la órbita descrita es geoestacionaria. G = 6, Nm 2 Kg -2 ; M T = 6, kg; R T = 6400 km Andalucía 2008 Opción A Examen a) Explique qué se entiende por velocidad orbital de un satélite y deduzca razonadamente su expresión para un satélite artificial que describe una órbita circular alrededor de la Tierra. b) Se pueden determinar las masas de la Tierra y del satélite conociendo los datos de la órbita descrita por el satélite? Razone la respuesta. Andalucía 2008 Opción A Examen a) Analice las características de la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales. b) Razone por qué la energía potencial gravitatoria de un cuerpo aumenta cuando se aleja de la Tierra. Andalucía 2008 Opción A Examen Un satélite artificial de 1000 kg describe una órbita geoestacionaria con una velocidad de 3, ms -1. a) Explique qué significa órbita geoestacionaria y determine el radio de la órbita indicada. b) Determine el peso del satélite en dicha órbita. Andalucía 2008 Opción A Examen 6 24

10 50- a) Explique qué se entiende por velocidad de escape de la Tierra y deduzca razonadamente su expresión. b) Suponiendo que la velocidad de lanzamiento de un cohete es inferior a la de escape, explique las características del movimiento del cohete y realice un balance de energía. Andalucía 2008 Opción B Examen Los satélites meteorológicos son un medio para obtener información sobre el estado del tiempo atmosférico. Uno de estos satélites, de 250 kg, gira alrededor de la Tierra a una altura de 1000 km en una órbita circular. a) Calcule la energía mecánica del satélite. b) Si disminuyera el radio de la órbita, aumentaría la energía potencial del satélite? Justifique la respuesta. G = 6, Nm 2 Kg -2 ; M T = 6, kg; R T = 6400 km Andalucía 2007 Opción A Examen Un satélite artificial de 500 kg orbita alrededor de la Luna a una altura de 120 km sobre su superficie y tarda 2 horas en dar una vuelta completa. a) Calcule la masa de la Luna, razonando el procedimiento seguido. b) Determine la diferencia de energía potencial del satélite en órbita respecto de la que tendría en la superficie lunar. G = 6, Nm 2 Kg -2 ; R L = 1740 km Andalucía 2007 Opción A Examen a) Enuncie las leyes de Kepler y razone si la velocidad de traslación de un planeta alrededor del Sol es la misma en cualquier punto de la órbita. b) Justifique si es verdadera o falsa la siguiente afirmación: la gravedad en la superficie de Venus es el 90% de la gravedad en la superficie de la Tierra y, en consecuencia, si midiésemos en Venus la constante de gravitación universal, G, el valor obtenido sería el 90% del medido en la Tierra Andalucía 2007 Opción B Examen La masa de Marte es 9 veces menor que la de la Tierra y su diámetro es 0,5 veces el diámetro terrestre. a) Determine la velocidad de escape en Marte y explique su significado. b) Cuál sería la altura máxima alcanzada por un proyectil lanzado verticalmente hacia arriba, desde la superficie de Marte, con una velocidad de 720 kmh -1? G = 10 ms -2 R T = 6370 km Andalucía 2007 Opción B Examen 3 25

11 55- a) Analice las características de la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales. b) Cómo se ve afectada la interacción gravitatoria descrita en el apartado anterior si en las proximidades de las dos masas se coloca una tercera masa, también puntual? Haga un esquema de las fuerzas gravitatorias que actúan sobre la tercera masa. Andalucía 2007 Opción B Examen a) Haciendo uso de consideraciones energéticas, deduzca la expresión de la velocidad mínima que habría que imprimirle a un objeto de masa m, situado en la superficie de un planeta de masa M y radio R, para que saliera de la influencia del campo gravitatorio del planeta. b) Se desea que un satélite se encuentre en una órbita geoestacionaria. Razone con qué periodo de revolución y a qué altura debe hacerlo. Andalucía 2007 Opción A Examen Suponga que la masa de la Tierra se duplicara. a) Calcule razonadamente el nuevo periodo orbital de la Luna suponiendo que su radio orbital permaneciera constante. b) Si, además de duplicarse la masa terrestre, se duplicara su radio, cuál sería el valor de g en la superficie terrestre? G = 6, Nm 2 kg -2 ; M T = kg; R T = 6370 km; R orbital Luna = 1, m Andalucía 2007 Opción A Examen Si por alguna causa la Tierra redujese su radio a la mitad manteniendo su masa, razone cómo se modificarían: a) La intensidad del campo gravitatorio en su superficie. b) Su órbita alrededor del Sol. Andalucía 2006 Opción A Examen Un satélite orbita a km de altura sobre la superficie terrestre. a) Calcule su velocidad orbital. b) Razone cómo se modificarían sus energías cinética y mecánica si su altura se redujera a la mitad. G = 6, Nm 2 kg -2 ; M T = kg; R T = 6370 km Andalucía 2006 Opción B Examen a) Un satélite artificial describe una órbita circular en torno a la Tierra. Qué trabajo realiza la fuerza con la que la Tierra atrae al satélite, durante una órbita? Justifique la respuesta. b) Razone por qué el trabajo realizado por las fuerzas de rozamiento es siempre negativo. Andalucía 2006 Opción A Examen 2 26

12 61- La masa del planeta Júpiter es, aproximadamente, 300 veces la de la Tierra, su diámetro 10 veces mayor que el terrestre y su distancia media al Sol 5 veces mayor que la de la Tierra al Sol. a) Razone cuál sería el peso en Jupiter de un astronauta de 75 kg. b) Calcule el tiempo que Júpiter tarda en dar una vuelta completa alrededor del Sol, expresado en años terrestres. g = 10 ms -2 ; radio orbital terrestre = 1, m Andalucía 2006 Opción B Examen Dos masas, de 5 kg y 10 kg, están situadas en los puntos (0,3) y (4,0) m, respectivamente. a) Calcule el campo gravitatorio en el punto (4,3) m y represéntelo gráficamente. b) Determine el trabajo necesario para trasladar una masa de 2 k desde el punto (4,3) hasta el punto (0,0) m. Explique si el valor del trabajo obtenido depende del camino seguido. G = 6, Nm 2 kg -2 Andalucía 2006 Opción A Examen Conteste razonadamente a las siguientes preguntas: a) Si se redujera el radio de la órbita lunar en torno a la Tierra, aumentaría su velocidad orbital? b) Dónde es mayor la velocidad de escape, en la Tierra o en la Luna? Andalucía 2006 Opción B Examen a) La luna se encuentra a una distancia media de km de la Tierra y su periodo de traslación alrededor de nuestro planeta es de 27 días y 6 horas. Determine razonadamente la masa de la Tierra. b) Si el radio orbital de la Luna fuera km cuál sería su período orbital? G = 6, Nm 2 kg -2 Andalucía 2006 Opción A Examen a) Enuncie las leyes de Kepler. b) Razone, a partir de la segunda ley de Kepler, cómo cambia la velocidad de un planeta a lo largo de su órbita al variar la distancia al Sol. Andalucía 2006 Opción B Examen 6 27

13 66- Un satélite describe una órbita circular alrededor de la Tierra. Conteste razonadamente a las siguientes preguntas: a) Qué trabajo realiza la fuerza de atracción hacia la Tierra a lo largo de media órbita? b) Si la órbita fuera elíptica, cuál sería el trabajo de esa fuerza a lo largo de una órbita completa? Andalucía 2005 Opción A Examen a) Dibuje en un esquema las fuerzas que actúan sobre un cuerpo de 1000 k, situado en el punto medio entre la Tierra y la Luna y calcule el valor de la fuerza resultante. La distancia desde el centro de la Tierra hasta el de la Luna es 3, m. b) A qué distancia del centro de la Tierra se encuentra el punto, entre la Tierra y la Luna, en el que el campo gravitatorio es nulo? G = 6, Nm 2 kg -2 ; M T = 5, kg; M L = 7, kg Andalucía 2005 Opción A Examen a) Considere un punto situado a una determinada altura sobre la superficie terrestre. Qué velocidad es mayor en ese punto, la orbital o la de escape? b) A medida que aumenta la distancia de un cuerpo a la superficie de la Tierra disminuye la fuerza con que es atraído por ella. Significa eso que también disminuye su energía potencial? Razone las respuestas. Andalucía 2005 Opción A Examen La misión Cassini a Saturno.Titán comenzó en 1997 con el lanzamiento de la nave desde Cabo Cañaveral y culminó el pasado 14 de enero de 2005, al posarse con éxito la cápsula Huygens sobre la superficie de Titán, el mayor satélite de Saturno, más grande que nuestra Luna e incluso más que el propio Mercurio. a) Admitiendo que Titán se mueve alrededor de Saturno describiendo una órbita circular de 1, m de radio, calcule su velocidad y periodo orbital. b) Cuál es la relación entre el peso de un objeto en la superficie de Titán y en la superficie de la Tierra? G=6, Nm 2 Kg -2 ; M Saturno = 5, kg; M Titán =1, kg; R Titán =2, m; g=10 ms -2 Andalucía 2005 Opción B Examen a) Razone cuáles son la masa y el peso en la Luna de una persona de 70 k. b) Calcule la altura que recorre en 3 s una partícula que se abandona, sin velocidad inicial, en un punto próximo a la superficie de la Luna y explique las variaciones de energía cinética, potencial y mecánica en ese desplazamiento. G = 6, Nm 2 kg -2 ; M L = 7, kg; R L = 1, m Andalucía 2005 Opción A Examen 6 28

14 71- Dibuje en un esquema las líneas de fuerza del campo gravitatorio creado por una masa puntual M. Sean A y B dos puntos situados en la misma línea de fuerza del campo, siendo B el punto más cercano a M. a) Si una masa, m, está situada en A y se traslada a B, Aumenta o disminuye su energía potencial? Por qué? b) Si una masa, m, está situada en A y se traslada a otro punto C, situado a la misma distancia de M que A, pero en otra línea de fuerza, aumenta o disminuye la energía potencial? Razone su respuesta. Andalucía 2005 Opción B Examen a) Determine la densidad media de la Tierra. b) a qué altura sobre la superficie de la Tierra la intensidad del campo gravitatorio terrestre se reduce a la tercera parte? G = 6, Nm 2 kg -2 ; R T = 6370 km; g = 10 ms -2 Andalucía 2004 Opción A Examen a) La energía potencial de un cuerpo de masa m en el campo gravitatorio de otro cuerpo de masa m depende de la distancia entre ambos. Aumenta o disminuye dicha energía potencial al alejar los dos cuerpos? Por qué? b) Qué mide la variación de energía potencial del cuerpo de masa m al desplazarse desde una posición A hasta otra B? Razone la respuesta. Andalucía 2004 Opción B Examen Razone la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) El peso de un cuerpo en la superficie de un planeta cuya masa fuera la mitad que la de la Tierra sería la mitad de su peso en la superficie de la Tierra. b) El estado de ingravidez de los astronautas en el interior de las naves espaciales orbitando alrededor de la Tierra se debe a que la fuerza que ejerce la Tierra sobre ellos es nula. Andalucía 2004 Opción A Examen a) Defina la energía potencial. Para qué tipo de fuerzas puede definirse? Por qué? b) Un satélite de masa m describe una órbita circular de radio r alrededor de un planeta de masa M. Determine la enería mecánica del satélite explicando el razonamiento seguido. Andalucía 2004 Opción A Examen 6 29

15 76- Explicando las leyes físicas que utiliza, calcule: a) A qué altura sobre la superficie de la Tierra la intensidad del campo gravitatorio terrestre es de 2 ms -2. b) Con qué velocidad debe lanzarse verticalmente un cuerpo para que se eleve hasta una altura de 500 km sobre la superficie de la Tierra. G = 6, Nm 2 kg -2 ; R T = 6370 km; g = 10 ms -2 Andalucía 2004 Opción B Examen En dos vértices opuestos de un cuadrado, de 6 cm de lado, se colocan las masas m 1 = 100g y m 2 = 300g. a) Dibuje en un esquema el campo gravitatorio producido por cada masa en el centro del cuadrado y calcule la fuerza que actúa sobre una masa m=10g situada en dicho punto. b) Calcule el trabajo realizado al desplazar la masa de 10 g desde el centro del cuadrado hasta uno de los vértices no ocupados por las otras dos masas. G = 6, Nm 2 kg -2 Andalucía 2003 Opción B Examen Una partícula de masa m, situada en un punto A, se mueve en línea recta hacia otro punto B, en una región en la que existe un campo gravitatorio creado por una masa M. a) Si el valor del potencial gravitatorio en el punto B es mayor que en el punto A, razone si la partícula se acerca o se aleja de M. b) Explique las transformaciones energéticas de la partícula durante el desplazamiento indicado y escriba su expresión. Qué cambios cabría esperar si la partícula fuera de A a B siguiendo una trayectoria no rectilínea? Andalucía 2003 Opción B Examen a) Se cumple siempre que el aumento o disminución de la energía cinética de una partícula es igual a la disminución o aumento, respectivamente, de su energía potencial? Justifique la respuesta. b) Un satélite está en órbita alrededor de la Tierra. Razone si la energía potencial, la energía cinética y la energía total del satélite son mayor, menor o igual que las de otro satélite que sigue una órbita, también circular, pero de menor radio. Andalucía 2003 Opción A Examen La velocidad de escape de un satélite, lanzado desde la superficie de la Luna, es de 2, ms -1. a) Explique el significado de la velocidad de escape y calcule el radio de la Luna. b) Determine la intensidad del campo gravitatorio lunar en un punto de su superficie. G = 6, Nm 2 kg -2 ; M L = 7, kg Andalucía 2003 Opción B Examen 5 30

16 81- Dos satélites idénticos se encuentran en órbitas circulares de distinto radio alrededor de la Tierra. Razone las respuestas a las siguientes preguntas: a) Cuál de ellos tiene mayor velocidad, el de la órbita de mayor o menor radio? b) Cuál de los dos tienen mayor energía mecánica? Andalucía 2003 Opción B Examen a) Explique las analogías y diferencias entre las interacciones gravitatoria y electrostática. b) Qué relación existe entre el periodo y el radio orbital de dos satélites? Andalucía 2002 Opción A Examen Un satélite artificial de 400 kg gira en una órbita circular a una altura h sobre la superficie terrestre. A dicha altura el valor de la gravedad es la tercera parte del valor en la superficie de la Tierra. a) Explique si hay que realizar trabajo para mantener el satélite en órbita y calcule su energía mecánica. b) Determine el período de la órbita. g = 10 ms -2 ; R T = 6, m Andalucía 2002 Opción B Examen Se quiere lanzar al espacio un objeto de 500 kg y para ello se utiliza un dispositivo que le imprime la velocidad necesaria. Se desprecia la fricción con el aire. a) Explique los cambios energéticos del objeto desde su lanzamiento hasta que alcanza una altura h y calcule su energía mecánica a una altura de 1000 m. b) Qué velocidad inicial sería necesaria para que alcanzara dicha altura? G = 6, Nm 2 kg -2 ; M T = 6, kg; R T = 6370 km Andalucía 2002 Opción A Examen Demuestre, razonadamente, las siguientes afirmaciones: a) A una órbita de radio R de un satélite le corresponde una velocidad orbital v característica; b) La masa M de un planeta puede calcularse a partir de la masa m y del radio orbital R de uno de sus satélites. Andalucía 2002 Opción B Examen Un satélite artificial describe una órbita circular alrededor de la Tierra. a) Explique qué se entiende por velocidad orbital y deduzca razonadamente su expresión. b) Conociendo el radio de la órbita y su período, podemos determinar las masas de la Tierra y del satélite? Razone la respuesta. Andalucía 2002 Opción A Examen 3 31

17 87- Un satélite de 200 kg describe una órbita circular, de radio R = m, en torno a Marte. a) Calcule la velocidad orbital y el período de revolución del satélite. b) Explique cómo cambiarían las energías cinética y potencial del satélite si el redio de la órbita fuera 2R. G = 6, Nm 2 kg -2 ; M Marte = 6, kg Andalucía 2002 Opción B Examen Los transbordadores espaciales orbitan en torno a la Tierra a una altura aproximada de 300 km, siendo de todos conocidas las imágenes de astronautas flotando en su interior. a) Determine la intensidad del campo gravitatorio a 300 km de altura sobre la superficie terrestre y comente la situación de ingravidez de los astronautas. b) Calcule el período orbital del transbordador. G = 6, Nm 2 kg -2 ; M T = 6, kg; R T = 6370 km Andalucía 2002 Opción A Examen a) Haciendo uso de consideraciones energéticas, determine la velocidad mínima que habría que imprimirle a un objeto de masa m, situado en la superficie de un planeta de masa M y radio R, para que saliera de la influencia del campo gravitatorio del planeta. b) Se desea que un satélite se encuentre en una órbita geoestacionaria. Con qué período de revolución y a qué altura debe hacerlo? Andalucía 2002 Opción B Examen a) Enuncie la ley de gravitación universal y comente el significado físico de las magnitudes que intervienen en ella. b) Según la ley de gravitación universal, la fuerza que ejerce la Tierra sobre un cuerpo es proporcional a la masa de éste. por qué no caen más deprisa los cuerpos con mayor masa? Andalucía 2002 Opción A Examen La nave espacial Apolo 11 orbitó alrededor de la Luna con un periodo de 119 minutos y a una distancia media del centro de la Luna de 1, m. Suponiendo que su órbita fue circular y que la Luna es una esfera uniforme: a) Determine la masa de la Luna y la velocidad orbital de la nave; b) cómo se vería afectada la velocidad orbital si la masa de la nave espacial se hiciese el doble? Razone la respuesta. G = 6, Nm 2 kg -2 Andalucía 2002 Opción B Examen 5 32

18 92- La masa de la Luna es 0,01 veces la de la Tierra y su radio es 0,25 veces el radio terrestre. Un cuerpo, cuyo peso en la Tierra es de 800 N, cae desde una altura de 50 m sobre la superficie lunar. a) Realice el balance de energía en el movimiento de caída y calcule la velocidad con que el cuerpo llega a la superficie. b) Determine la masa del cuerpo y su peso en la Luna. g = 9,8 ms -2 Andalucía 2002 Opción A Examen a) Explique qué se entiende por velocidad de escape y deduzca razonadamente su expresión. b) Si consideramos la presencia de la atmósfera, qué ocurriría si lanzásemos un cohete desde la superficie de la Tierra con una velocidad igual a la velocidad de escape? Razone la respuesta. Andalucía 2002 Opción B Examen Un satélite artificial de 500 kg gira alrededor de la Luna en una órbita circular situada a 120 km sobre la superficie lunar y tarda 2 horas en dar una vuelta completa. a) Con los datos del problema, se podría calcular la masa de la Luna? Explique cómo lo haría. b) Determine la energía potencial del satélite cuando se encuentra en la órbita citada. G = 6, Nm 2 kg -2 ; R L = 1740 km Andalucía 2001 Opción B Examen a) Explique cualitativamente la variación del campo gravitatorio terrestre con la altura y haga una representación gráfica aproximada de dicha variación. b) Calcule la velocidad mínima con la que habrá que lanzar un cuerpo desde la superficie de la Tierra para que ascienda hasta una altura de 4000 km. R T = 6370 km; g = 10 ms -2 Andalucía 2001 Opción B Examen Suponga que la Tierra redujese su radio a la mitad manteniendo su masa. a) Aumentaría la intensidad del campo gravitatorio en su nueva superficie? b) Se modificaría sustancialmente su órbita alrededor del Sol? Justifique las respuestas. Andalucía 2001 Opción A Examen 4 33

19 97- El satélite de investigación europeo (ERS-2) sobrevuela la Tierra a 800 km de altura. Suponga su trayectoria circular y su masa 1000 kg. a) Calcule de forma razonada la velocidad orbital del satélite. b) Si suponemos que el satélite se encuentra sometido únicamente a la fuerza de gravitación debida a la Tierra, por qué no cae sobre la superficie terrestre? Razone la respuesta. R T = 6370 km; g = 10 ms -2 Andalucía 2001 Opción B Examen a) Suponga que un cuerpo se deja caer desde la misma altura sobre la superficie de la Tierra y de la Luna. Explique por qué los tiempos de caída serían distintos y calcule su relación. b) Calcule la altura que alcanzará un cuerpo que es lanzado verticalmente en la superficie lunar con una velocidad de 40 ms -1. M T = 81M L ; R T = (11/3)R L ; g = 10 ms -2 Andalucía 2001 Opción A Examen Dos satélites idénticos están en órbita alrededor de la Tierra, siendo sus órbitas de distinto radio. a) Cuál de los dos se moverá a mayor velocidad? b) Cuál de los dos tendrá mayor energía mecánica? Razone las respuestas. Andalucía 2001 Opción B Examen 6 34